Исходные данные для проектирования. Наименование устройства часы электронные Напряжение питания 200–240В \

1.2 Описание структурной схемы аппарата

Проанализируем, как должно работать разрабатываемое устройство. Часы обязательно должны содержать устройство измерения времени, которое в свою очередь всегда состоит из генератора эталонных интервалов времени и счётчика этих интервалов. Структурная схема устройства измерения времени приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема устройства измерения времени.

В качестве генератора эталонных импульсов в различное время использовали различные устройства. Это и вытекание воды или песка из какой-либо ёмкости и движение тени от солнца по циферблату и даже горение нити в огненных китайских часах.

В простейшем случае генератор импульсов эталонной длительности должен вырабатывать минутные импульсы. Однако реализовать стабильный генератор такой длительности достаточно сложно. Даже в механических часах в качестве генератора импульсов эталонной длительности использовался маятник с периодом колебаний от одной до нескольких секунд. В качестве генератора эталонных импульсов мог бы подойти кварцевый генератор, так как этот тип генераторов обладает высокой стабильностью колебаний. Но кварцевые генераторы вырабатывают колебания в диапазоне от 1 до 30 МГц. Это соответствует временным интервалам от 0.03 до 1 мкС. Более простым с точки зрения реализации выглядит вариант, использующий для получения секундных импульсов промышленную сеть 50 Гц.

Т.к. часы предназначены для работы непродолжительный период времени, то стабильность такого генератора эталонных интервалов времени может считаться достаточной. Такой генератор достаточно легко реализуется на доступных элементах и к тому же обладает низкой стоимостью. Суть работы этого генератора сводится к выпрямлению тока промышленной сети с последующим преобразованием полученных импульсов в прямоугольные и делением этой частоты на 100.

Итак, для формирования секундных импульсов (частота 1 Гц) потребуется делитель частоты на 100. Для формирования из секундных импульсов минутных импульсов потребуется ещё один делитель частоты. Так как в минуте содержится 60 секунд, то нам потребуется делитель на 60. Уточнённая структурная схема разрабатываемого цифрового устройства приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Уточнённая структурная схема устройства измерения времени.

Теперь займёмся схемой счётчика временных интервалов. Он будет состоять из счетчика секнуд и счётчика минут. Мы знаем, что часы предназначен для отсчета периода времени не превышающего 90 минут, то счётчик минут должен работать по основанию 90. В то же самое время мы привыкли воспринимать числа в десятичной системе счисления. Поэтому будет удобно разбить счётчик минут на два счётчика: на десятичный счётчик и счётчик, считающий до девяти.

Следующий блок, который обязательно должен входить в состав часов – это устройство индикации.

Ведь никого не устроят часы, которые будут точно отсчитывать время, но при этом мы не сможем увидеть результат! Выберем в качестве устройства отображения времени светодиодные семисегментные индикаторы. В этом случае мы получим устройство, способное работать при отрицательной температуре и обладающее при этом наиболее простой схемой.

Для преобразования кода, в котором работает счётчик минутных импульсов, в семисегментный код нам потребуется дешифратор. То есть, блок индикации будет состоять из дешифраторов и собственно индикаторов. Уточнённая структурная схема часов приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Структурная схема часов.

1.3 Описание принципиальной схемы узла

В целях упрощения конструкции такто­вые импульсы с периодом следования 1 с формируются из импульсов двухполупериодного выпрямителя VD 1 триггером Шмитта на элементе DD1.1 и делителем частоты на 100, образованным счетчиками DD6 и DD7. Запускают таймер (переключатель SA1 в положении «Таймер») кратковременным нажатием на кнопку SB1 «Пуск». При этом сигнал уровня 0 с прямого выхода D-триггера DD2-1 разрешает работу делителя часто­ты, а через элементы DD3.1 и DD3.2 запус­кает узел предварительной записи.

Секундные импульсы через элементы DD8.1 и DD3.4 поступают на вход обратного счета последовательно включенных ревер­сивных счетчиков DD9, DD10, DD12, DD13, состояние которых отображают светодиод­ные индикаторы HL1—HL4 с встроенными дешифраторами двоичного кода.

Работа счетчиков DD9, DD12 и DD13 особенностей не имеет, счетчик же DD10 — его коэффициент пересчета как при прямом, так и при обратном счете равен 6. С этой целью узел предварительной установки поддерживает на его входах состояние 0101 = 5.

Когда все счетчики установятся в состоя­ние 0000, на выходном выводе 13 счетчика DD13 появится уровень 0, который запустит одновибратор DD14.

При необходимости сигнал на входе триггера Шмитта можно усилить транзис­торным ключом. Сетевой блок питания данного устройства должен быть рассчитан на посто­янное напряжение 5 В при токе нагрузки до 0,6 А. На сетевом трансформаторе желатель­но предусмотреть отдельную обмотку на на­пряжение около 4 В.

Все детали смонтированы на четырех пла­тах, которые собраны в этажерочный модуль и размещены в корпусе размерами 95x90x35 мм.

Рисунок 4. Принципиальная схема узла формирования секундных импульсов.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ